鋰離子電池是一種類型的可再充電電池。鋰離子電池通常用于便攜式電子產品和電動汽車，并且在軍事和航空航天應用中越來越受歡迎。吉野明在1985年根據JohnGoodenough、M.StanleyWhittingham、RachidYazami和KoichiMizushima在1970年代至1980年代的早期研究開發了原型鋰離子電池，1991年，由西YoshioNishi領導的Sony和AsahiKasei團隊開發了商用鋰離子電池。

在電池中，鋰離子從負極移動電極通過電解質放電期間正電極，和背充電時。鋰離子電池使用嵌入的鋰化合物作為正極材料，負極材料通常為石墨。該電池具有高能量密度、無記憶效應（LFP電池除外）和低自放電.然而，它們可能存在安全隱患，因為它們含有易燃電解質，如果損壞或充電不當可能導致爆炸和火災。三星在鋰離子火災后被迫召回GalaxyNote7手機，并且發生了幾起涉及波音787電池的事故。

不同類型的鋰離子電池的化學、性能、成本和安全特性各不相同。手持電子產品大多使用鋰聚合物電池（以聚合物凝膠為電解質）、鈷酸鋰（LiCoO2)陰極材料和石墨陽極，它們共同提供了高能量密度。磷酸鐵鋰（LiFePO4）、錳酸鋰（LiMn2哦4尖晶石或鋰2氧化錳3基富鋰層狀材料(LMR-NMC))和鋰鎳錳鈷氧化物(LiNiMnCoO2或NMC）可能提供更長的壽命并且可能具有更好的倍率能力。此類電池廣泛用于電動工具、醫療設備和其他角色。NMC及其衍生物廣泛應用于電動汽車。

鋰離子電池的研究領域包括延長壽命、提高能量密度、提高安全性、降低成本和提高充電速度等。基于在典型電解質中使用的有機溶劑的易燃性和揮發性，作為提高安全性的途徑，不可燃電解質領域的研究正在進行中。策略包括水性鋰離子電池、陶瓷固體電解質、聚合物電解質、離子液體和重氟化系統。

鋰離子電池的三個主要功能部件是正負極和電解液。通常，傳統鋰離子電池的負極由碳制成。正極通常是金屬氧化物。所述電解質是鋰鹽在有機溶劑中。電極的電化學作用在陽極和陰極之間反轉，這取決于電流流過電池的方向。

最常見的商業使用的陽極（負極）是石墨，在其完全鋰化的LiC6狀態下，xxx容量為372mAh/g。正極一般是三種材料中的一種：層狀氧化物（如鈷酸鋰）、聚陰離子（如磷酸鐵鋰）或尖晶石（如鋰錳氧化物）。最近，含有石墨烯的電極（基于石墨烯的2D和3D結構）也被用作鋰電池電極的組件。

電解質通常是有機碳酸酯的混合物，例如含有鋰離子絡合物的碳酸亞乙酯或碳酸二乙酯。這些非水性電解質通常使用非配位陰離子鹽，例如六氟磷酸鋰(LiPF6）、六氟砷酸鋰一水合物（LiAsF6）、高氯酸鋰（LiClO4）、四氟硼酸鋰（LiBF4)，和三氟甲磺酸鋰(LiCF3所以3）。

根據材料的選擇，鋰離子電池的電壓、能量密度、壽命和安全性會發生巨大變化。目前的努力一直在探索使用納米技術的新型架構的使用，以提高性能。感興趣的領域包括納米級電極材料和替代電極結構。

純鋰的反應性很強。它與水劇烈反應生成氫氧化鋰(LiOH)和氫氣。因此，通常使用非水電解質，并且密封容器嚴格地將水分排除在電池組之外。

鋰離子電池比鎳鎘電池更昂貴，但在更寬的溫度范圍內工作，具有更高的能量密度。它們需要一個保護電路來限制峰值電壓。

筆記本電腦的電池組，對于每個鋰離子電池，將包含

• 溫度傳感器
• 一個電壓調節器電路
• 電壓抽頭
• 電荷狀態xxx器
• 電源連接器

這些組件

• 監控電荷狀態和電流
• 記錄最新的、充滿電的容量
• 監測溫度

他們的設計將短路的風險降到最低。

鋰離子電池（不同于整個電池）有各種形狀，通常可以分為四組：

• 小圓柱體（沒有端子的實心體，如舊筆記本電池中使用的那些）
• 大圓柱體（帶有大螺紋端子的實心體）
• 扁平或袋狀（柔軟、扁平的機身，例如用于手機和新型筆記本電腦的電池；這些是鋰離子聚合物電池。
• 帶有大螺紋端子的剛性塑料外殼（如電動汽車牽引包）

圓柱形電池以特有的“瑞士卷”方式（在美國稱為“果凍卷”）制成，這意味著它是正極、隔板、負極和隔板的單個長“三明治”卷成一個線軸。圓柱形單元格中的果凍卷的形狀可以近似為阿基米德螺線。與堆疊電極的電池相比，圓柱形電池的優勢之一是生產速度更快。圓柱形電池的一個缺點可能是電池內部在高放電電流下產生較大的徑向溫度梯度。

沒有外殼使軟包電池具有最高的重量能量密度；然而，對于許多實際應用，當它們的荷電狀態(SOC)水平較高時，它們仍然需要外部遏制手段以防止膨脹，以及它們所屬的電池組的總體結構穩定性。由于它們的矩形形狀，剛性塑料和袋式電池有時被稱為棱柱形電池。Munro&Associates的電池技術分析師MarkEllis認為，現代（~2020年）電動汽車電池大規模使用三種基本的鋰離子電池類型：圓柱形電池（例如，特斯拉）、棱柱形電池（例如，來自LG)，以及棱柱形罐式電池（例如，來自LG、三星、松下等）。對于電動汽車的使用，每種外形尺寸都有其獨特的優勢和劣勢。

自2011年以來，幾個研究小組已經宣布了鋰離子液流電池的示范，該電池將正極或負極材料懸浮在水溶液或有機溶液中。

2014年，松下制造了最小的鋰離子電池。它是針狀的。它的直徑為3.5mm，重量為0.6g。甲硬幣電池的外形類似的是普通鋰電池是可用，因為早在2006年對的LiCoO2的細胞，一般用“LIR”前綴表示。

在放電過程中，鋰離子（Li+)將電池內的電流從負極傳送到正極，通過非水電解質和隔膜。

在充電過程中，外部電源（充電電路）施加過電壓（高于電池產生的電壓，具有相同的極性），迫使充電電流在電池內從正極流向負極，即在正常條件下與放電電流方向相反。然后鋰離子從正極遷移到負極，在那里它們在稱為嵌入的過程中嵌入多孔電極材料中。

在典型操作條件下，由電極層之間界面處和與集電器接觸處的接觸電阻引起的能量損失可高達電池總能量流的20%。

單個鋰離子電池和完整鋰離子電池的充電程序略有不同。

• 單個鋰離子電池分兩個階段充電：

1. 恒流(CC)。
2. 恒壓(CV)。

• 鋰離子電池（一組串聯的鋰離子電池）分三個階段充電：

1. 恒流。
2. 平衡（電池平衡后不需要）。
3. 恒壓。

在恒流階段，充電器以穩定增加的電壓向電池施加恒流，直到達到每個電池的電壓限制。

在平衡階段，充電器降低充電電流（或循環充電和關閉以降低平均電流），同時通過平衡電路使單個電池的充電狀態達到相同水平，直到電池平衡。一些快速充電器跳過這個階段。一些充電器通過對每個電池獨立充電來實現平衡。

在恒壓階段，充電器向電池施加等于xxx電池電壓乘以串聯電池數的電壓，隨著電流逐漸向0下降，直到電流低于設定閾值（約3%的初始值）恒定充電電流。

大約每500小時定期加滿一次。當電壓低于4.05V/cell時，建議啟動頂部充電。

不遵守電流和電壓限制可能會導致爆炸。

鋰離子電池的充電溫度限制比操作限制更嚴格。鋰離子化學在高溫下表現良好，但長時間暴露在高溫下會縮短電池壽命。

鋰離子電池在較冷的溫度下提供良好的充電性能，甚至可以在5至45°C（41至113°F）的溫度范圍內進行“快速充電”。充電應在此溫度范圍內進行。在0至5°C的溫度下充電是可能的，但充電電流應降低。在低溫充電期間，由于電池內部電阻而使溫度略高于環境溫度是有益的。充電時溫度過高可能會導致電池退化，45°C以上的溫度充電會降低電池性能，而在較低溫度下，電池內阻可能會增加，導致充電速度變慢，從而導致充電時間延長。

消費級鋰離子電池不應在低于0°C(32°F)的溫度下充電。盡管電池組可能看起來正在正常充電，但在低溫充電期間，負極可能會發生金屬鋰電鍍，即使重復循環也可能無法移除。出于安全原因，大多數配備鋰離子電池的設備不允許在0–45°C以外的溫度下充電，但移動電話除外，它們在檢測到正在進行的緊急呼叫時可能允許進行一定程度的充電。

• 比能量密度：100～250W·h/kg（360～900kJ/kg）
• 體積能量密度：250至680W·h/L（900至2230J/cm3）
• 比功率密度：300至1500W/kg（20秒和285W·h/L）

由于鋰離子電池可以有多種正負極材料，因此能量密度和電壓也隨之變化。

的開路電壓比更高的水溶液系電池（如鉛酸，鎳金屬氫化物和鎳鎘）。內阻隨著循環和老化而增加。內阻上升會導致端子電壓在負載下下降，從而降低xxx電流消耗。最終，增加電阻會使電池處于一種狀態，使其無法再支持它所要求的正常放電電流，而不會出現不可接受的電壓降或過熱。

帶有磷酸鐵鋰正極和石墨負極的電池標稱開路電壓為3.2V，典型充電電壓為3.6V。帶有石墨負極的鋰鎳錳鈷(NMC)氧化物正極具有3.7V標稱電壓和充電時xxx4.2V。充電過程是在恒壓下通過限流電路進行的（即，恒流充電直到電池中的電壓達到4.2V，然后繼續施加恒壓直到電流降至接近零）。通常，充電在初始充電電流的3%時終止。過去，鋰離子電池無法快速充電，至少需要兩個小時才能充滿電。當前一代的電池可以在45分鐘或更短的時間內充滿電。2015年，研究人員展示了一個600毫安時的小型電池在兩分鐘內充電到68%的容量，以及一個3,000毫安時的電池在五分鐘內充電到48%的容量。后一種電池的能量密度為620W·h/L。該裝置采用與陽極中的石墨分子鍵合的雜原子。

隨著時間的推移，制造的電池的性能得到了提高。例如，從1991年到2005年，鋰離子電池的單位價格能量容量提高了十倍以上，從每美元0.3W·h提高到每美元3W·h以上。2011年至2017年期間，平均每年進步7.5%。具有相似化學性質的不同大小的電池也具有相同的能量密度。該21700電池具有比50％以上的能量18650細胞，并在更大的尺寸減少的熱傳遞到其周圍環境。